DdCBE是一種新型的基因編輯工具，它能夠?qū)崿F(xiàn)線粒體基因組靶向位置 C·G → T·A的堿基編輯，具有很大的臨床應(yīng)用潛力[1]。但在將該工具應(yīng)用于臨床治療之前，需要系統(tǒng)和全面地評估其安全性。

2022年5月12日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室伊成器課題組于 Nature在線發(fā)表了題為“Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations” 的研究論文。該研究詳細(xì)評估了DdCBE在人類細(xì)胞系中的核基因組脫靶編輯效應(yīng)，深入探究了其核基因組脫靶作用機(jī)制和工具的優(yōu)化方案，并首次發(fā)現(xiàn)了由細(xì)菌毒素 DddA 構(gòu)成的 DdCBE 堿基編輯工具與維持細(xì)胞三維基因組結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子 CTCF有相互作用。

該研究發(fā)現(xiàn)，DdCBE發(fā)揮線粒體基因組編輯功能的同時(shí)，一小部分意外地進(jìn)入了細(xì)胞核，并在細(xì)胞核基因組中產(chǎn)生了廣泛的脫靶編輯（圖1）[2]。

圖1 DdCBE能夠產(chǎn)生廣泛的核基因組脫靶編輯

該研究發(fā)現(xiàn)，DdCBE造成的核基因組脫靶編輯分為TAS依賴型脫靶編輯和TAS非依賴型脫靶編輯兩種類型，且以后者居多。

其中，TAS依賴型脫靶和單端TALE序列特異性有關(guān)，這意味著在應(yīng)用DdCBE工具時(shí)，需要分別對雙側(cè) TALE序列的基因組特異性進(jìn)行考慮，從而減少這種脫靶的產(chǎn)生[2]。

而大量的TAS非依賴型脫靶不依賴于TALE序列特異性，并且在不同種類的DdCBEs中共享[2]。該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這種脫靶編輯與CTCF蛋白有關(guān)，并且顯著地富集在拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TAD）邊界。這是一項(xiàng)意料之外的發(fā)現(xiàn)，并提示了DdCBE可能具有影響細(xì)胞核基因組三維結(jié)構(gòu)的能力。

最后，該團(tuán)隊(duì)對DdCBE進(jìn)行了優(yōu)化改造，并且成功降低了其核基因組脫靶影響。

綜上所述，本項(xiàng)研究利用課題組去年發(fā)表于《自然·方法》雜志的Detect-seq技術(shù)，對DdCBE堿基編輯工具在人類細(xì)胞中的核基因組脫靶編輯影響進(jìn)行了無偏向性地評估。這項(xiàng)研究也是化學(xué)與生命科學(xué)交叉研究的成果，對于推動基因編輯技術(shù)在治療線粒體疾病方面的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。

伊成器教授為本文通訊作者；前沿交叉學(xué)科研究院雷芷芯博士，博士后孟浩巍、劉璐璐，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生趙華男為本文共同第一作者；北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生饒希晨、前沿交叉學(xué)科研究院博士生閆永昌、烏浩、劉敏對本項(xiàng)目作出了重要貢獻(xiàn)；北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所，北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心何愛彬研究員對本項(xiàng)目作出了重要的指導(dǎo)與幫助。另外，本研究也得到了北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏文勝教授、杜鵬研究員、未來技術(shù)學(xué)院程和平教授、清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院頡偉教授等多位專家教授的指導(dǎo)與幫助。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金以及生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。生命科學(xué)學(xué)院高性能計(jì)算平臺為該研究提供了計(jì)算資源。感謝北京大學(xué)鳳凰工程多個儀器平臺對本項(xiàng)目的熱心幫助！

參考文獻(xiàn)

1.Mok, B.Y., et al., A bacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial base editing. Nature, 2020. 583(7817): p. 631-637.

2.Lei, Z., et al., Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations. Nature, 2022.

來源：北京大學(xué)